एक 'गोल्डीलॉक्स' तारा पृथ्वीसारख्या ग्रहांवर पाणी कसे पोहोचते याची लपलेली पायरी उघड करतो

पाण्याशिवाय, पृथ्वीवर आजच्यासारखे जीवन अस्तित्वात नाही. चा इतिहास समजून घेणे पाणी पृथ्वीसारखे ग्रह कसे निर्माण झाले हे समजून घेण्यासाठी विश्वात महत्त्वाचे आहे.

खगोलशास्त्रज्ञ सामान्यत: अंतराळातील वैयक्तिक रेणूंच्या रूपात पाण्याच्या निर्मितीपासून ग्रहांच्या पृष्ठभागावरील त्याच्या विश्रांतीच्या ठिकाणापर्यंतच्या प्रवासाला “पाण्याचा मार्ग” म्हणून संबोधतात. हा मार्ग आंतरतारकीय माध्यमात हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वायूने सुरू होतो आणि ग्रहांवरील महासागर आणि बर्फाच्या टोप्यांसह समाप्त होतो, बर्फाळ चंद्र वायू राक्षस आणि बर्फाळ धूमकेतू आणि तारेभोवती फिरणारे लघुग्रह. या पायवाटेची सुरुवात आणि शेवट पाहणे सोपे आहे, परंतु मध्यभागी एक रहस्यच राहिले आहे.

मी खगोलशास्त्रज्ञ आहे जे रेडिओ आणि इन्फ्रारेड दुर्बिणींद्वारे निरीक्षणे वापरून तारे आणि ग्रहांच्या निर्मितीचा अभ्यास करतात. एका नवीन पेपरमध्ये, माझे सहकारी आणि मी वर्णन करतो आतापर्यंत केलेले पहिले मोजमाप पाण्याच्या मागचा हा पूर्वी लपलेला मध्य भाग आणि पृथ्वीसारख्या ग्रहांवर सापडलेल्या पाण्यासाठी या निष्कर्षांचा अर्थ काय आहे.

ग्रह कसे तयार होतात

तारे आणि ग्रहांची निर्मिती एकमेकांशी जोडलेली आहे. तथाकथित “अंतराळाची रिकामीता” – किंवा आंतरतारकीय माध्यमात – खरं तर मोठ्या प्रमाणात वायू हायड्रोजनकमी प्रमाणात इतर वायू आणि धुळीचे कण. गुरुत्वाकर्षणामुळे आंतरतारकीय माध्यमाचे काही पॉकेट्स बनतील कण एकमेकांना आकर्षित करतात म्हणून अधिक दाट आणि ढग तयार करतात. या ढगांची घनता जसजशी वाढते तसतसे अणू अधिक वारंवार आदळू लागतात मोठे रेणू तयार करताततयार होणाऱ्या पाण्यासह धूळ कणांवर आणि बर्फात धूळ कोट करते.

तसेच वाचा | पृथ्वीच्या खालच्या आवरणात पाणी असू शकते: अभ्यास

जेव्हा कोसळणार्‍या ढगांचे काही भाग विशिष्ट घनतेपर्यंत पोहोचतात आणि हायड्रोजन अणू एकत्र मिसळण्यास पुरेसे गरम होतात तेव्हा तारे तयार होऊ लागतात. नवजात प्रोटोस्टारमध्ये वायूचा फक्त एक छोटासा अंश सुरुवातीला कोसळतो, उर्वरित वायू आणि धूळ सामग्रीची सपाट डिस्क बनवते नवजात ताऱ्याभोवती फिरणे. खगोलशास्त्रज्ञ याला प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क म्हणतात.

प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्कच्या आत बर्फाळ धूळ कण एकमेकांशी आदळत असताना, ते एकत्र जमू लागतात. प्रक्रिया सुरू राहते आणि अखेरीस लघुग्रह, धूमकेतू, पृथ्वीसारखे खडकाळ ग्रह आणि गुरू किंवा शनि सारख्या वायू राक्षसांसारख्या अवकाशातील परिचित वस्तू तयार होतात.

पाण्याच्या स्त्रोतासाठी दोन सिद्धांत

आपल्या सौरमालेतील पाण्याचे दोन संभाव्य मार्ग आहेत. प्रथम, म्हणतात रासायनिक वारसाजेव्हा मूलतः आंतरतारकीय माध्यमात तयार झालेले पाण्याचे रेणू प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क्स आणि त्यांनी तयार केलेल्या सर्व शरीरांवर कोणतेही बदल न करता वितरित केले जातात.

दुसरा सिद्धांत म्हणतात रासायनिक रीसेट. या प्रक्रियेत, प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क आणि नवजात ताऱ्याच्या निर्मितीतून येणारी उष्णता पाण्याचे रेणू तुटते, जे नंतर प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क थंड झाल्यावर सुधारते.

या सिद्धांतांची चाचणी घेण्यासाठी, माझ्यासारखे खगोलशास्त्रज्ञ सामान्य पाणी आणि अर्ध-जड पाणी नावाचे विशेष प्रकारचे पाणी यांच्यातील गुणोत्तर पाहतात. पाणी साधारणपणे दोन हायड्रोजन अणू आणि एक ऑक्सिजन अणू बनलेले असते. अर्ध-जड पाणी एक ऑक्सिजन अणू, एक हायड्रोजन अणू आणि ड्यूटेरियमच्या एका अणूपासून बनलेले आहे – त्याच्या केंद्रकात अतिरिक्त न्यूट्रॉनसह हायड्रोजनचा एक जड समस्थानिक.

अर्ध-जड ते सामान्य पाण्याचे गुणोत्तर हे पाण्याच्या मार्गावरील मार्गदर्शक प्रकाश आहे – गुणोत्तर मोजणे खगोलशास्त्रज्ञांना पाण्याच्या स्त्रोताबद्दल बरेच काही सांगू शकते. रासायनिक मॉडेल्स आणि प्रयोग शीत आंतरतारकीय माध्यमात सुमारे 1,000 पट जास्त अर्ध-जड पाणी तयार होईल असे दर्शविले आहे. प्रोटोप्लॅनेटरी डिस्कच्या परिस्थितीपेक्षा.

या फरकाचा अर्थ असा आहे की एखाद्या ठिकाणी अर्ध-जड आणि सामान्य पाण्याचे गुणोत्तर मोजून, खगोलशास्त्रज्ञ सांगू शकतात की ते पाणी रासायनिक अनुवांशिकतेतून गेले की रासायनिक पुनर्स्थापना मार्गाने.

ग्रह निर्मिती दरम्यान पाणी मोजणे

धूमकेतूंमध्ये अर्ध-जड ते सामान्य पाण्याचे गुणोत्तर जवळजवळ अगदी सुसंगत असते रासायनिक वारसा, म्हणजे पहिल्यांदा अंतराळात निर्माण झाल्यापासून पाण्यामध्ये मोठा रासायनिक बदल झालेला नाही. पृथ्वीचे गुणोत्तर हे वारसा आणि रीसेट गुणोत्तराच्या मध्ये कुठेतरी बसते, ज्यामुळे पाणी कोठून आले हे स्पष्ट होत नाही.

ग्रहांवरील पाणी कोठून येते हे खरोखर निश्चित करण्यासाठी, खगोलशास्त्रज्ञांना गोल्डीलॉक्स प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क शोधणे आवश्यक आहे – जे पाण्याचे निरीक्षण करण्यास अनुमती देण्यासाठी फक्त योग्य तापमान आणि आकार आहे. असे केल्याने आहे अविश्वसनीयपणे कठीण असल्याचे सिद्ध झाले. जेव्हा पाणी वायू असते तेव्हा अर्ध-जड आणि सामान्य पाणी शोधणे शक्य आहे; दुर्दैवाने खगोलशास्त्रज्ञांसाठी, प्रोटो-प्लँटरी डिस्क्सचा बहुसंख्य भाग खूप थंड असतो आणि बहुतेक बर्फ असतोआणि ते जवळजवळ आहे पाण्याचे प्रमाण मोजणे अशक्य आंतरतारकीय अंतरावरील बर्फापासून.

2016 मध्ये एक यश आले, जेव्हा माझे सहकारी आणि मी FU Orionis stars नावाच्या दुर्मिळ प्रकारच्या तरुण ताऱ्याभोवती प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्कचा अभ्यास करत होतो. बहुतेक तरुण तारे त्यांच्या सभोवतालच्या प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्कमधून पदार्थ वापरतात. FU Orionis तारे अद्वितीय आहेत कारण ते सामान्य तरुण तार्‍यांपेक्षा 100 पट वेगाने पदार्थ वापरतात आणि परिणामी, शेकडो पट जास्त ऊर्जा उत्सर्जित करा. या उच्च उर्जा उत्पादनामुळे, FU Orionis तार्‍यांभोवती प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क्स जास्त तापमानाला गरम होतात, ज्यामुळे तार्‍यापासून मोठ्या अंतरापर्यंत बर्फाचे पाण्याच्या वाफेत रूपांतर होते.

वापरून अटाकामा मोठा मिलीमीटर/सबमिलीमीटर अॅरेउत्तर चिलीमधील एक शक्तिशाली रेडिओ दुर्बिणी, आम्ही शोधले सूर्यासारख्या तरुण तारा V883 ओरीभोवती एक मोठी, उबदार प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क, ओरियन नक्षत्रात पृथ्वीपासून सुमारे 1,300 प्रकाशवर्षे.

V883 Ori सूर्यापेक्षा 200 पट जास्त ऊर्जा उत्सर्जित करते आणि माझे सहकारी आणि मी हे ओळखले की अर्ध-जड ते सामान्य पाण्याचे गुणोत्तर पाहणे हा एक आदर्श उमेदवार आहे.

पाण्याची पायवाट पूर्ण करणे

2021 मध्ये, अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर अॅरेने V883 ओरी ची माप सहा तासांसाठी घेतली. डेटा उघड झाले ए अर्ध-जड आणि सामान्य पाण्याची मजबूत स्वाक्षरी V883 Ori च्या प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्कवरून येत आहे. आम्ही अर्ध-जड ते सामान्य पाण्याचे गुणोत्तर मोजले आणि ते प्रमाण खूप असल्याचे आढळले धूमकेतूंमध्ये आढळणाऱ्या गुणोत्तरांसारखे तसेच गुणोत्तर आढळले तरुण प्रोटोस्टार प्रणालींमध्ये.

हे परिणाम आंतरतारकीय माध्यमातील पाणी, प्रोटोस्टार्स, प्रोटो-प्लॅनेटरी डिस्क आणि पृथ्वीसारखे ग्रह यांच्यातील वारसा प्रक्रियेद्वारे, रासायनिक पुनर्संचयित न करता थेट दुवा साधून पाण्याच्या मार्गातील अंतर भरतात.

नवीन परिणाम निश्चितपणे दर्शवतात की पृथ्वीवरील पाण्याचा एक महत्त्वपूर्ण भाग बहुधा कोट्यवधी वर्षांपूर्वी, सूर्य प्रज्वलित होण्यापूर्वी तयार झाला होता. या हरवलेल्या पाण्याच्या विश्वाच्या मार्गाची पुष्टी केल्याने पृथ्वीवरील पाण्याच्या उत्पत्तीचे संकेत मिळतात. शास्त्रज्ञांनी यापूर्वी असे सुचवले आहे की पृथ्वीवर सर्वात जास्त पाणी आहे ग्रहावर परिणाम करणाऱ्या धूमकेतूंपासून आले. पृथ्वीवर धूमकेतू आणि V883 ओरी पेक्षा कमी अर्ध-जड पाणी आहे, परंतु रासायनिक पुनर्संचय सिद्धांतापेक्षा जास्त आहे, याचा अर्थ पृथ्वीवरील पाणी बहुधा एकापेक्षा जास्त स्त्रोतांकडून आले आहे.

जॉन टोबिनवैज्ञानिक, राष्ट्रीय रेडिओ खगोलशास्त्र वेधशाळा

हा लेख येथून पुन्हा प्रकाशित केला आहे संभाषण क्रिएटिव्ह कॉमन्स परवान्याअंतर्गत. वाचा मूळ लेख.